Consumibles de soldadura per a juntes d'aliatge de níquel diferents: matriu de selecció de metall de farciment

Per a la majoria de juntes d'aliatge de níquel diferents, ERNiCrMo-3 (AWS A5.14, comercialitzat com a farciment Inconel 625) és el metall de farciment predeterminat, perquè el seu alt contingut en níquel, crom i molibdè tolera la dilució de l'acer al carboni,acer inoxidable, o metall base dúplex sense perdre la resistència a les esquerdes o el rendiment a la corrosió.

Els farcits d'aliatges superiors-com ara ERNiCrMo-4 o ERNiCrMo-14 es reserven per a juntes amb aliatges d'alt molibdè com Hastelloy C-276 o C-22, on es requereix una resistència a la corrosió coincident en lloc de només tolerància a les esquerdes. L'elecció correcta sempre depèn del càlcul de la dilució amb un diagrama de Schaeffler o WRC-1992, no de fer coincidir el metall base més car només pel seu nom.

Quin metall de farciment hauríeu d'utilitzar per a juntes d'aliatge de níquel diferents?

ERNiCrMo-3 (farciment tipus Inconel 625-) és el predeterminat segur per a la majoria aclaparadora de juntes d'aliatge de níquel diferents, perquè es dilueix amb gràcia amb acer al carboni, acer inoxidable, dúplex i la majoria d'altres aliatges de níquel, mantenint un dipòsit de soldadura resistent a les esquerdes i resistent a la corrosió.

La soldadura metàl·lica diferent, unint dos aliatges diferents en una sola unió, és habitual en la fabricació d'aliatges de níquel: un broquet de reactor revestit de 625-soldat a una carcassa d'acer al carboni, un tub Hastelloy soldat a una làmina d'acer inoxidable o un cos de vàlvula Monel soldat a una canonada de coure-níquel. En tots els casos, el metall d'aportació s'escull per adaptar-se a la química de la piscina de soldadura que resulta de la barreja d'ambdós metalls bàsics, no simplement perquè coincideixi amb cap d'ells.

ERNiCrMo-3 s'ha convertit en l'opció predeterminada perquè la seva química base, aproximadament un 62% de níquel, un 21,5% de crom, un 9% de molibdè i un 3,6% de niobi, té prou níquel per mantenir-se dúctil i resistent a les esquerdes, fins i tot quan recull ferro d'un metall base d'acer al carboni o d'acer inoxidable per conservar prou corrosió i crom significatiu. resistència després de la dilució. El niobi suprimeix, a més, l'esquerdament calent durant la solidificació, que és fonamental quan es solden juntes diferents molt restringides.

Per què el control de la dilució és més important en les soldadures d'aliatge de níquel diferents?

La dilució determina la química final del metall de soldadura i, en juntes diferents, pot treure el dipòsit fora del seu rang de composició segura, provocant esquerdes calentes o formació de martensita, tret que s'esculli el metall d'aportació per amortir aquest canvi.

La dilució és el percentatge del metall de soldadura acabat que prové del metall base fos en lloc del fil de farciment o elèctrode. En una unió-de metall similar, la dilució amb prou feines canvia el resultat perquè ambdues parts comparteixen la mateixa química. En una unió diferent, la dilució pot estirar el metall de soldadura una distància considerable a través d'un diagrama de fases.

Soldadura d'aliatge de níquel a acer al carboni:La recollida de ferro des del costat d'acer al carboni dilueix el contingut de níquel de la piscina de soldadura. Si el farciment no porta prou níquel per compensar, el dipòsit resultant pot formar martensita trencadissa a la zona de fusió.

Soldadura d'aliatge de níquel a acer inoxidable austenític:La dilució és més suau, però els nivells de crom i molibdè encara poden baixar per sota del llindar necessari per a una resistència total a la corrosió a l'entorn de servei.

Soldadura d'aliatge de níquel aacer inoxidable dúplex: La dilució pot alterar l'equilibri de ferrita-austenita a la zona de fusió, de manera que la selecció del farcit ha de tenir en compte tant la química de la dilució com l'equilibri de fase, no només la resistència a la corrosió.

Els enginyers de soldadura prediuen aquest resultat utilitzant el diagrama de Schaeffler o, més precisament per als farcits d'alt-níquel, el diagrama WRC-1992, que representa l'equivalent de crom contra l'equivalent de níquel per confirmar que el dipòsit de soldadura diluït aterra en una regió dúctil i resistent a les esquerdes abans de començar la soldadura.

Què és la matriu de selecció de metall de farciment per a juntes disímils comunes?

ERNiCrMo-3 cobreix la majoria de les articulacions diferents que impliquen Inconel 625, 718 o 825; ERNiCrMo-4 o ERNiCrMo-14 són necessaris quan el metall base Hastelloy C-276 o C-22 ha de mantenir la seva resistència total a la corrosió a través de la junta.

Aquesta matriu és un punt de partida, no un substitut d'un WPS/PQR qualificat. La selecció real del farciment sempre s'ha de confirmar amb la qualificació ASME Secció IX, els gruixos específics del metall base i l'entorn de servei, ja que factors com el contingut de gas àcid o l'exposició criogènica poden anul·lar la recomanació general.

Per què ERNiCrMo-3 és l'opció predeterminada per a les juntes de níquel més diferents?

ERNiCrMo-3 tolera un rang de dilució més ampli que gairebé qualsevol altre farciment de níquel mentre encara aterra a la zona resistent a l'esquerda-resistent a la corrosió- del diagrama WRC-1992, la qual cosa la converteix en l'opció predeterminada de menor risc en combinacions d'acer al carboni, acer inoxidable i dúplex.

Tres propietats expliquen el seu domini en aplicacions conjuntes diferents:

Àmplia tolerància a la dilució:Com que la seva composició base ja conté níquel alt i crom i molibdè moderats, pot absorbir una dilució del 20 al 30% dels metalls a base de ferro-i encara conservar una ductilitat i una resistència a la corrosió acceptables.

Resistència a l'esquerda-calent del niobi:El niobi forma carburs estables i fase de Laves que interrompen el camí de l'esquerda durant la solidificació, la qual cosa és més important a les juntes diferents molt restringides on la tensió residual és elevada.

Acceptació de codi ampli:ERNiCrMo-3 (GTAW/GMAW) i ENiCrMo-3 (SMAW) estan qualificats segons ASME Secció IX, AWS A5.14 i A5.11, i estan àmpliament aprovats prèviament a les especificacions de soldadura EPC, la qual cosa redueix el temps de qualificació del procediment i el termini d'adquisició.

Quan hauríeu d'utilitzar ERNiCrMo-4 o ERNiCrMo-14 en lloc d'ERNiCrMo-3?

Utilitzeu ERNiCrMo-4 o ERNiCrMo-14 quan l'articulació inclogui metall base Hastelloy C-276 o C-22 i l'entorn de servei requereix que el metall de soldadura coincideixi amb la resistència superior del metall base a la picadura, la corrosió per escletxes o àcids oxidants/reductors barrejats, ja que ERNiCrMo-3 no porta prou dilució per a aquests aliatges.

ERNiCrMo-4 (farciment Hastelloy C-276):Seleccionat quan el metall base és C-276 i el servei, com ara el gas àcid amb un alt contingut de clorur, exigeix ​​el nombre equivalent de resistència a la picada completa (PREN) de l'aliatge principal en lloc del PREN inferior d'un dipòsit de tipus 625 diluït.

ERNiCrMo-14 (farciment Hastelloy C-22):Seleccionat per al metall base C-22 en entorns àcids mixts (combinacions nítrics, clorhídrics i sulfúrics) on la resistència equilibrada del C-22 a les condicions oxidants i reductores s'ha de preservar a la soldadura.

A la pràctica, l'ús d'ERNiCrMo-3 en una unió C-276 és un error d'especificació comú i costós: la junta sovint passarà les proves mecàniques estàndard, però pot fallar prematurament en servei si l'entorn és prou agressiu per explotar el menor contingut de molibdè del metall de soldadura diluït. La selecció del farciment sempre s'ha de guiar per l'entorn corrosiu, no només per la soldabilitat o el cost.

Com soldeu els aliatges de níquel a l'acer de carboni o de baix-aliatge?

Les juntes de níquel-a-acer requereixen una capa de mantega de farciment d'aliatge de níquel al costat d'acer abans del muntatge final, o un farciment d'alt-níquel aplicat en una tècnica de baixa-dilució controlada, per evitar que la recollida de ferro formi martensita fràgil a la zona de fusió.

Els acers al carboni i de baix-aliatge aporten grans quantitats de ferro a la piscina de soldadura en relació amb el seu gruix i, a diferència de l'acer inoxidable, no porten crom ni níquel per suavitzar aquest efecte. Dues pràctiques controlen el resultat:

Untar:Es diposita una capa d'ERNiCrMo-3 (o d'aliatge coincident) a la cara d'acer i es deixa refredar, i després es tritura plana. A continuació, la soldadura final d'unió es fa entre dues superfícies riques-níquel, convertint essencialment una unió diferent en una de gairebé semblant i reduint dràsticament el risc de dilució.

Aportació de calor baixa, tècnica de-corta:Quan el mantega no és pràctic, la minimització de l'entrada de calor i l'ús de múltiples passades de corda en lloc d'una única passada de teixit gran limita la profunditat de l'acer i la quantitat de ferro que entra a la piscina de soldadura.

El mantega és molt preferida per a juntes de servei de-secció gruixuda, d'alta-pressió o-cíclica, com ara soldadures de broquets-a-de reactor, perquè proporciona una dilució previsible i qualificable de codi-independentment de qui realitzi la soldadura final de camp.

Com soldeu els aliatges de níquel a l'acer inoxidable dúplex o superdúplex?

ERNiCrMo-3 també és el farciment estàndard per a les juntes de níquel-aliatge-a-dúplex perquè evita pertorbar l'equilibri de fases ferrita-austenita del qual depèn l'acer inoxidable dúplex per la seva resistència i resistència a la corrosió.

Els acers inoxidables dúplex i súper dúplex depenen d'una microestructura de ferrita-austenita aproximadament 50/50. Soldar-los a aliatges de níquel amb un farciment coincident-duplex pot empènyer la zona de fusió cap a l'excés de ferrita, ja que la dilució de l'aliatge-de níquel canvia l'equilibri de manera imprevisible. L'ús d'un farcit de níquel d'alt-níquel totalment austenític com ERNiCrMo-3 evita aquest problema: el metall de soldadura resultant és austenític a banda i banda del límit de la fusió, evitant completament la qüestió del control de ferrita, alhora que proporciona una resistència a la corrosió que supera el metall base dúplex en la majoria de serveis.

Quin paper juga la mantega en les soldadures metàl·liques diferents?

La mantega separa la soldadura de producció final del contacte directe amb el metall base més propens a la dilució-, la qual cosa permet qualificar i soldar la unió amb una química predictible de baixa-dilució, independentment del gruix de la secció o de les condicions del camp.

La mantega és especialment valuosa en tres escenaris: seccions gruixudes d'acer al carboni on la dilució seria severa, juntes de{0}}a-camp on l'enmantegament es pot fer en condicions de taller controlades i la soldadura final de camp només uneix superfícies riques-de níquel similars, i soldadura de reparació on la composició original del metall base és incerta. Una unió amb mantega també és més fàcil de qualificar sota la secció IX d'ASME, ja que el PQR es pot basar en la soldadura final de níquel-ben caracteritzada-a-níquel en lloc d'una soldadura diferent directa més variable.

Quins codis i normes regeixen la selecció de metalls de farciment per a juntes de níquel diferents?

AWS A5.11 i A5.14 classifiquen els mateixos metalls d'aportació, la secció IX d'ASME regula la qualificació del procediment per a la junta i la NACE MR0175/ISO 15156 afegeix requisits de proves de duresa i corrosió-quan el servei implica condicions àcides (H2S).

AWS A5.14 (Barres i elèctrodes de soldadura nus d'aliatge de níquel i níquel):Classifica els cables de farciment GTAW i GMAW, inclosos ERNiCrMo-3, ERNiCrMo-4 i ERNiCrMo-14, per composició química.

AWS A5.11 (elèctrodes coberts d'aliatge de níquel i níquel):Classifica elèctrodes SMAW com ENiCrMo-3 i ENiCrMo-4 per a les mateixes famílies d'aliatges.

ASME Secció IX:Governa la qualificació WPS/PQR per a l'articulació diferent i tracta un canvi en el nombre F-del metall d'aportació o el nombre A-, o un canvi en el nombre P-del metall base, com una variable essencial que requereix una requalificació.

NACE MR0175 / ISO 15156:Afegeix límits de duresa i requisits de prova de corrosió-(com ara ASTM G48) per a soldadures d'aliatge de níquel diferents que s'utilitzen en serveis de petroli i gas àcid.

Preguntes freqüents

Puc utilitzar farciment inoxidable 309L per unir Inconel 625 a l'acer al carboni?

No es recomana que. 309L no tingui el contingut de níquel per amortir de manera fiable contra la dilució del ferro de les seccions gruixudes d'acer al carboni, i no conté el molibdè o el niobi necessaris per igualar la resistència a la corrosió o la resistència a les esquerdes-calentes del 625. ERNiCrMo-3, idealment amb un conjunt untat amb mantega, és l'opció correcta.

El farciment ERNiCrMo-3 és el mateix que el metall base Inconel 625?

Està molt relacionat però no idèntic. El filferro de farciment ERNiCrMo-3 està formulat amb un contingut de niobi lleugerament més elevat que el metall base estàndard 625 específicament per resistir l'esquerdament calent durant la solidificació, ja que el metall de soldadura es refreda i es solidifica de manera diferent que el metall base forjat o fos.

Necessito untar amb mantega els dos costats d'una junta diferent, o només el costat d'acer?

Normalment, només el costat d'acer al carboni o de baix{0}}aliatge necessita mantega. El costat d'aliatge de níquel o acer inoxidable ja té una química compatible i no dilueix significativament la piscina de soldadura amb elements nocius.

Què passa si s'utilitza el metall de farciment incorrecte en una junta de níquel diferent?

L'articulació pot passar les proves mecàniques inicials, però fallar prematurament en servei a causa d'esquerdes en calent, formació de martensita o corrosió localitzada, perquè les proves estàndard de tracció i flexió no sempre revelen la química de dilució marginal o la susceptibilitat a la corrosió a llarg termini-.

La selecció del metall d'aportació compta com una variable essencial a la secció IX d'ASME?

Sí. Un canvi en el nombre F-o A-del metall d'aportació és una variable essencial, és a dir, qualsevol canvi requereix que el WPS es torni a qualificar amb un PQR nou abans que es pugui utilitzar en producció.

Conclusió

Escollir el metall de farciment adequat per a una unió d'aliatge de níquel diferent significa predir la química de soldadura diluïda i adaptar-la a l'entorn de servei, no simplement escollir el farciment que comparteix un nom amb un dels metalls base.

Les juntes d'aliatge de níquel diferents es troben a la intersecció de la metal·lúrgia i l'enginyeria de la corrosió: el metall d'aportació ha de soldar amb èxit, resistir l'esquerdament sota la dilució i oferir un rendiment de corrosió adequat a l'entorn de servei real, de vegades per als més exigents dels dos metalls bàsics.

Els fabricants que calculen la dilució amb diagrames de Schaeffler o WRC-1992, especifiquen la mantega quan correspongui i qualifiquen els procediments segons ASME Secció IX eviten constantment els errors prematurs que es deriven de tractar la selecció del metall d'aportació com una simple cerca. Per a juntes crítiques diferents en sistemes Inconel, Hastelloy o Monel, treballar amb un proveïdor que emmagatzemi tota la gamma de metalls d'aportació coincidents i pugui donar suport al desenvolupament de WPS/PQR redueix materialment tant el risc de fabricació com el cost de manteniment a llarg termini.